Astronomie - Die kosmische Perspektive ... - Pearson Studium

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Inhaltsverzeichnis

Vorwort xxi

Kapitel 1 Unser Platz im Universum 2

Lernziele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

1.1 Unser heutiges Bild vom Universum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

Wo ist unser Platz im Universum? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

Wie sind wir entstanden? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

Woher wissen wir, wie das Universum früher aussah? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

Können wir das gesamte Universum sehen? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

1.2 Maßstäbe im Universum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

Wie groß ist die Erde, verglichen mit unserem Sonnensystem? . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

Wie weit sind die Sterne entfernt? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

Wie groß ist die Milchstraße? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

Wie groß ist das Universum?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

Wie lässt sich unsere Lebensspanne mit dem Alter des Universums

vergleichen? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

1.3 Raumschiff Erde. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

Wie bewegt sich die Erde in unserem Sonnensystem? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

Wie bewegt sich unser Sonnensystem durch die Milchstraße? . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

Wie bewegen sich Galaxien durch das Universum?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

Stehen wir jemals still? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

1.4 Das Menschheitsabenteuer Astronomie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

Wie hat die astronomische Forschung die menschliche Geschichte beeinfl usst? . . . 27

Überblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

Aufgaben und Übungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

Weitere Medien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

Kapitel 2 Entdecken Sie das Universum selbst 36

Lernziele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

2.1 Muster am Nachthimmel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

Der Anblick des Universums von der Erde aus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

Warum gehen Sterne auf und unter?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

Warum hängen die sichtbaren Sternbilder von der geografi schen Breite

und der Jahreszeit ab? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

2.2 Die Ursache der Jahreszeiten. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

Was verursacht die Jahreszeiten? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

Wie legen wir den Ablauf der Jahreszeiten fest? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

Wie verändert sich die Orientierung der Erdachse im Lauf der Zeit? . . . . . . . . . . . . . 53

2.3 Der Mond: Unser ständiger Begleiter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

Warum gibt es Mondphasen? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

Was verursacht Finsternisse? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59


viii

Inhaltsverzeichnis

2.4 Das Planetenrätsel der Antike . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

Weshalb war die Planetenbewegung am Himmel einst so rätselhaft?. . . . . . . . . . . . . 65

Warum lehnten die alten Griechen die richtige Erklärung für die

Planetenbewegung ab?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

Überblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

Aufgaben und Übungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

Weitere Medien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74

Kapitel 3 Astronomie als Wissenschaft 76

Lernziele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77

3.1 Die historischen Wurzeln der Naturwissenschaften . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78

Inwiefern denken alle Menschen wissenschaftlich? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78

Welchen Nutzen hatten astronomische Beobachtungen für die

frühen Gesellschaften?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

Was haben antike Kulturen in der Astronomie erreicht?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80

3.2 Naturwissenschaft im antiken Griechenland . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88

Warum führt die moderne Wissenschaft ihre Anfänge auf

Griechenland zurück? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

Wie haben die Griechen die Planetenbewegung erklärt? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90

Wie wurde die griechische Wissenschaft über die Jahrhunderte hinweg bewahrt?. . . 93

3.3 Die Kopernikanische Wende . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94

Wie haben Kopernikus, Brahe und Kepler das geozentrische

Weltbild angefochten? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94

Wie lauten die drei Kepler’schen Gesetze der Planetenbewegung?. . . . . . . . . . . . . . . 98

Wie hat Galilei die Kopernikanische Wende untermauert? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99

3.4 Das Wesen der Wissenschaft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103

Wie können wir Wissenschaft von Nichtwissenschaft unterscheiden? . . . . . . . . . . . 104

Was ist eine wissenschaftliche Theorie?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111

3.5 Astrologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112

Wie unterscheiden sich Astrologie und Astronomie? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112

Hat die Astrologie eine naturwissenschaftliche Grundlage? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114

Überblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116

Zusammenfassung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116

Aufgaben und Übungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118

Weitere Medien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121

Kapitel S1 Zeitmessung und Navigation anhand der Sterne 124

Lernziele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125

S1.1 Astronomische Zeiträume . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126

Wie defi nieren wir Tag, Monat, Jahr und planetare Umlaufzeiten?. . . . . . . . . . . . . . . 126

Wie bestimmen wir die Tageszeit? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132

Wann und warum gibt es Schaltjahre? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135

S1.2 Himmelskoordinaten und Bewegungen am Himmel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135

Wie stellen wir den Ort von Objekten an der Himmelskugel fest? . . . . . . . . . . . . . . . 137

Wie bewegen sich die Sterne am Himmel über uns? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142

Wie bewegt sich die Sonne am Himmel über uns? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145


Inhaltsverzeichnis

S1.3 Grundlagen der Navigation nach den Sternen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149

Wie können Sie Ihren Breitengrad bestimmen? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149

Wie können Sie Ihren Längengrad bestimmen? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150

Überblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153

Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153

Aufgaben und Übungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155

Weitere Medien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158

Kapitel 4 Wie das Universum funktioniert:

Bewegung, Energie und Schwerkraft verstehen 162

Lernziele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163

4.1 Bewegungen: Beispiele aus dem Alltag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164

Wie beschreiben wir Bewegungen?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164

Wie unterscheiden sich Masse und Gewicht? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167

4.2 Die Newton’schen Bewegungsgesetze. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169

Wie hat Newton unser Verständnis des Universums verändert?. . . . . . . . . . . . . . . . . 170

Wie lauten die drei Newton’schen Bewegungsgesetze? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171

4.3 Erhaltungssätze in der Astronomie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174

Warum bewegen sich Objekte mit gleichförmiger Geschwindigkeit,

wenn keine Kräfte auf sie wirken? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174

Was lässt Planeten rotieren und um die Sonne kreisen? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175

Woher haben Objekte ihre Energie? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176

4.4 Das allgemeine Gravitationsgesetz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182

Was bestimmt die Stärke der Schwerkraft? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182

Wie erweitert das Newton’sche Gravitationsgesetz die Kepler’schen Gesetze? . . . . . 183

4.5 Umlaufbahnen, Gezeiten und Gravitations beschleunigung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187

Wie können wir Umlaufbahnen anhand von Schwerkraft-

und Energiegesetzen verstehen? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187

Wie verursacht die Schwerkraft Gezeiten? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189

Warum fallen alle Objekte mit derselben Geschwindigkeit? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194

Überblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196

Zusammenfassung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196

Aufgaben und Übungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198

Weitere Medien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202

Kapitel 5 Licht und Materie:

Die Botschaften aus dem Kosmos entschlüsseln 204

Lernziele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205

5.1 Licht im Alltag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206

Wie nehmen wir Licht wahr? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206

Wie treten Licht und Materie in Wechsel wirkung?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207

5.2 Eigenschaften des Lichts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209

Was ist Licht? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209

Was ist das elektromagnetische Spektrum? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213

5.3 Eigenschaften der Materie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216

Welche Struktur hat Materie? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216

Welche Aggregatzustände der Materie gibt es?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219

Wie wird Energie in Atomen gespeichert? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222

ix


x

Inhaltsverzeichnis

5.4 Vom Licht lernen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224

Was sind die drei Grundarten von Spektren?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225

Wie erkennen wir anhand von Licht, woraus die Dinge bestehen?. . . . . . . . . . . . . . . 226

Wie kann uns Licht etwas über die Temperaturen der Planeten

und Sterne sagen? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229

Wie interpretieren wir ein reales Spektrum? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231

5.5 Die Doppler-Verschiebung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234

Wie kann uns Licht etwas über die Geschwindigkeit eines fernen

Objekts sagen? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234

Wie kann uns Licht etwas über die Rotationsgeschwindigkeit eines

fernen Objekts sagen? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236

Überblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238

Zusammenfassung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238

Aufgaben und Übungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240

Weitere Medien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245

Kapitel 6 Teleskope: Tore der Entdeckung 246

Lernziele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247

6.1 Augen und Kameras: Lichtsensoren des Alltags . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248

Wie sieht das Auge?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248

Wie zeichnen wir Bilder auf? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250

6.2 Riesige Augen: Teleskope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251

Was sind die beiden wichtigsten Merkmale eines Teleskops?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251

Was sind die beiden wichtigsten Teleskoparten? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253

Wie nutzen Astronomen ihre Teleskopen? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257

6.3 Teleskope und die Atmosphäre. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260

Wie beeinfl usst die Erdatmosphäre bodengestützte Beobachtungen? . . . . . . . . . . . . . 261

Warum bringen wir Teleskope in den Weltraum? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264

6.4 Teleskope und Technik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265

Wie beobachten wir unsichtbares Licht?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 266

Wie arbeiten mehrere Teleskope zusammen?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270

Überblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273

Zusammenfassung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273

Aufgaben und Übungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274

Weitere Medien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278

Kapitel 7 Unser Sonnensystem 282

Lernziele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283

7.1 Die Untersuchung des Sonnensystems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284

Wie sieht das Sonnensystem aus? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284

Was lehrt uns der Vergleich der Planeten miteinander? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285

Welche sind die wichtigsten Eigenschaften der Sonne und der Planeten?. . . . . . . . . 288

7.2 Gesetzmäßigkeiten im Sonnensystem. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303

Welche Merkmale des Sonnensystems bieten Hinweise auf seine Entstehung? . . . . 303

7.3 Die Erkundung des Sonnensystems mit Raumsonden. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307

Wie arbeiten Robotersonden? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307


Inhaltsverzeichnis

Überblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313

Zusammenfassung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313

Aufgaben und Übungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 314

Weitere Medien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 317

Kapitel 8 Die Entstehung des Sonnensystems 320

Lernziele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 321

8.1 Auf der Suche nach dem Anfang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 322

Welche Eigenschaften unseres Sonnen systems muss eine Theorie

seiner Entstehung erklären können? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 322

Welche Theorie erklärt die Eigenschaften unseres Sonnensystems am besten?. . . . . 323

8.2 Die Geburt des Sonnensystems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 324

Woher stammt das Sonnensystem? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 324

Weshalb gibt es regelmäßige Bewegungsmuster in unserem Sonnensystem?. . . . . . . 325

8.3 Die Entstehung der Planeten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 328

Warum gibt es zwei Hauptgruppen der Planeten? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 328

Wie sind die terrestrischen Planeten entstanden? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 329

Wie sind die jovianischen Planeten entstanden? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 331

Was hat die Ära der Planetenentstehung beendet? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 332

8.4 Nach der Planetenentstehung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333

Woher stammen Asteroiden und Kometen? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 334

Wie können wir die Ausnahmen von den Regeln erklären? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335

Wie können wir die Existenz unseres Monds erklären? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 336

Konnte nur unser Sonnensystem entstehen? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 338

8.5 Das Alter des Sonnensystems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 338

Wie zeigt Radioaktivität das Alter eines Objekts an? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 338

Wann sind die Planeten entstanden? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 342

Überblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 343

Zusammenfassung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 343

Aufgaben und Übungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 345

Weitere Medien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 348

Kapitel 9 Planetare Geologie:

Die Erde und die anderen terrestrischen Planeten 350

Lernziele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 351

9.1 Der Zusammenhang zwischen dem Planeteninneren und der Oberfl äche . . . . . . . . . 352

Wie sehen terrestrische Planeten im Inneren aus? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 354

Was verursacht geologische Aktivität? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 357

Warum erzeugt das Innere mancher Planeten ein Magnetfeld?. . . . . . . . . . . . . . . . . . 360

9.2 Die Struktur von Planetenoberfl ächen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 363

Welche Prozesse bestimmen die Oberfl ächeneigenschaften eines Planeten? . . . . . . . 363

Warum haben die terrestrischen Planeten eine unterschiedliche

geologische Geschichte? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 368

Wie zeigen Einschlagskrater das geologische Alter einer Oberfl äche an? . . . . . . . . . . 370

9.3 Die Geologie von Mond und Merkur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 372

Welche geologischen Prozesse haben den Mond geformt? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 372

xi


xii

Inhaltsverzeichnis

Welche geologischen Prozesse haben Merkur geformt? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 375

9.4 Die Geologie des Mars . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 377

Warum sind Marsianer so populär? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 377

Welche sind die wichtigsten geologischen Merkmale des Mars? . . . . . . . . . . . . . . . . 378

Aufgrund welcher geologischen Belege wissen wir, dass es früher

Wasser auf dem Mars gab?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 380

9.5 Die Geologie der Venus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 384

Welche sind die wichtigsten geologischen Merkmale der Venus? . . . . . . . . . . . . . . . 384

Hat die Venus Plattentektonik? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 386

9.6 Die einzigartige Geologie der Erde . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 386

Woher wissen wir, dass sich die Erdoberfl äche bewegt? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 387

Wie wird die Erdoberfl äche durch die Plattentektonik verändert? . . . . . . . . . . . . . . . 389

War die Geologie der Erde bei ihrer Entstehung bereits festgelegt?. . . . . . . . . . . . . . . 394

Überblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 396

Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 396

Aufgaben und Übungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 399

Weitere Medien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 403

Kapitel 10 Planetare Atmosphären:

Die Erde und die anderen terrestrischen Himmelskörper 406

Lernziele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 407

10.1 Grundlagen der Atmosphärenphysik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 408

Was ist eine Atmosphäre? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 410

Wie heizt der Treibhauseffekt einen Planeten auf? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 413

Warum verändern sich die Eigenschaften der Atmosphäre mit der Höhe? . . . . . . . . . . 417

10.2 Wetter und Klima. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 423

Was verursacht Wind und Wetter? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 423

Welche Faktoren können langfristige Klimaänderungen verursachen? . . . . . . . . . . . 427

Wie gewinnt oder verliert ein Planet atmosphärische Gase? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 429

10.3 Die Atmosphären von Mond und Merkur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 433

Haben Mond und Merkur überhaupt eine Atmosphäre? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 433

10.4 Die Marsatmosphäre und ihre Geschichte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 434

Wie sieht der Mars heute aus?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 435

Warum hat sich der Mars verändert? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 438

10.5 Die Venusatmosphäre und ihre Geschichte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 440

Wie sieht die Venus heute aus? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 440

Warum wurde die Venus so heiß? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 441

10.6 Die einzigartige Atmosphäre der Erde . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 444

Was macht die Erdatmosphäre so außergewöhnlich? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 444

Warum ist die Erdatmosphäre relativ stabil? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 446

Wie verändern menschliche Aktivitäten unseren Planeten? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 450

Überblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 455

Zusammenfassung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 455

Aufgaben und Übungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 457

Weitere Medien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 462


Inhaltsverzeichnis

Kapitel 11 Jovianische Planeten 464

Lernziele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 465

11.1 Eine andere Art von Planet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 466

Sind alle jovianischen Planeten gleich? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 467

Wie sieht das Innere jovianischer Planeten aus? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 471

Welches Wetter herrscht auf den jovianischen Planeten? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 474

Haben jovianische Planeten Magnetosphären wie die Erde?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 480

11.2 Eine Fülle an Welten: Satelliten aus Eis und Fels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 482

Welche Arten von Monden umkreisen die jovianischen Planeten? . . . . . . . . . . . . . . 482

Warum sind die Galilei’schen Monde des Jupiters geologisch so aktiv?. . . . . . . . . . . 484

Was ist an Titan und anderen großen Monden des äußeren Sonnensystems

so bemerkenswert?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 490

Warum sind kleine Eismonde geologisch aktiver als kleine Planeten

aus Gestein? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 495

11.3 Die Ringe der jovianischen Planeten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 496

Wie sehen die Saturnringe aus? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 496

Wie sehen die Ringsysteme anderer jovianischer Planeten im Vergleich

zu den Saturnringen aus? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 498

Warum haben die jovianischen Planeten Ringe? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 499

Überblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 501

Zusammenfassung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 501

Aufgaben und Übungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 503

Weitere Medien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 507

Kapitel 12 Asteroiden, Kometen und Zwergplaneten:

Ihre Eigenschaften, Umlaufbahnen und Einschläge 508

Lernziele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 509

12.1 Asteroiden und Meteorite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 510

Was sind Asteroiden? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 510

Warum gibt es einen Asteroidengürtel? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 514

Woher kommen Meteorite? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 516

12.2 Kometen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 519

Was sind Kometen? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 520

Woher kommen Kometen?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 526

12.3 Pluto: Kein Außenseiter mehr . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 527

Wie groß kann ein Komet werden? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 528

Was kennzeichnet die großen Objekte des Kuiper-Gürtels?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 529

Sind Pluto und Eris Planeten?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 532

12.4 Kosmische Kollisionen: Kleine Körper kontra Planeten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 533

Haben wir jemals einen großen Einschlag beobachtet? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 533

Hat ein Einschlag die Dinosaurier ausgerottet? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 534

Ist das Einschlagsrisiko eine echte Gefahr oder wird es nur von den

Medien aufgebauscht? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 537

Wie beeinfl ussen die jovianischen Planeten Einschlagsraten und das Leben

auf der Erde? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 539

Überblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 541

xiii


xiv

Inhaltsverzeichnis

Zusammenfassung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 541

Aufgaben und Übungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 543

Weitere Medien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 546

Kapitel 13 Andere Planetensysteme:

Die neuen Erkenntnisse über ferne Planeten 548

Lernziele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 549

13.1 Extrasolare Planeten entdecken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 550

Warum ist das Entdecken von Planeten bei anderen Sternen so schwierig? . . . . . . . 551

Wie entdecken wir Planeten bei anderen Sternen?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 551

13.2 Eigenschaften extrasolarer Planeten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 565

Was wissen wir über extrasolare Planeten? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 565

Der Vergleich extrasolarer Planeten mit den Planeten unseres Sonnensystems. . . . . 571

13.3 Die Entstehung anderer Sonnensysteme. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 573

Wie lassen sich die überraschenden Umlaufbahnen vieler extrasolarer

Planeten erklären? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 574

Müssen wir die Theorie der Entstehung unseres Sonnensystems überdenken?. . . . . 575

13.4 Auf der Suche nach neuen Welten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 576

Wie suchen wir nach erdähnlichen Planeten? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 576

Überblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 579

Zusammenfassung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 580

Aufgaben und Übungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 581

Weitere Medien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 586

S2 Raum und Zeit 590

Lernziele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 591

S2.1 Einsteins Revolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 592

Was sind die Grundelemente der speziellen Relativitätstheorie? . . . . . . . . . . . . . . . . 593

Was ist an der Relativitätstheorie „relativ“? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 594

S2.2 Relative Bewegung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 596

Wie hat Einstein über Bewegung gedacht? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 596

Warum ist die Konstanz der Lichtgeschwindigkeit so überraschend? . . . . . . . . . . . . 597

Warum können wir die Lichtgeschwindigkeit niemals erreichen? . . . . . . . . . . . . . . . 600

S2.3 Die Realität von Raum und Zeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 602

Wie beeinfl usst die Relativitätstheorie unsere Vorstellung von Raum und Zeit? . . . . . 602

Treten die von der Relativitätstheorie vorhergesagten Effekte wirklich auf? . . . . . . . 609

S2.4 Eine neue Betrachtungsweise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 614

Wie können wir die Relativitätstheorie verstehen? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 614

Ermöglicht die Relativitätstheorie Reisen zu den Sternen? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 615

Überblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 618

Zusammenfassung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 618

Aufgaben und Übungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 620

Weitere Medien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 625

Kapitel S3 Raumzeit und Gravitation 626

Lernziele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 627

S3.1 Einsteins zweite Revolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 628

Was sind die wichtigsten Aussagen der allgemeinen Relativitätstheorie? . . . . . . . . . 629


Inhaltsverzeichnis

Ist jede Bewegung relativ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 629

S3.2 Die Raumzeit verstehen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 632

Was ist Raumzeit? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 632

Was versteht man unter gekrümmter Raumzeit? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 636

S3.3 Ein neues Bild der Gravitation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 640

Was ist Gravitation? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 640

Was ist ein Schwarzes Loch?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 642

Wie beeinfl usst die Gravitation die Zeit? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 644

S3.4 Prüfen der allgemeinen Relativitätstheorie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 645

Wie können wir die Vorhersagen der allgemeinen Relativitätstheorie prüfen? . . . . . 645

Was sind Gravitationswellen? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 649

S3.5 Hyperspace, Wurmlöcher und Warp-Antrieb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 650

Wo hört Wissenschaft auf und wo beginnt Science-Fiction?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 650

S3.6 Ein letztes Wort . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 652

Wie hat die Relativitätstheorie unsere Vorstellung von Raum und Zeit verändert?. . 652

Überblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 653

Zusammenfassung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 653

Aufgaben und Übungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 655

Weitere Medien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 660

Kapitel S4 Bausteine des Universums 662

Lernziele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 663

S4.1 Die Quantenrevolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 664

Wie hat die Quantenrevolution unsere Welt verändert? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 664

S4.2 Elementare Teilchen und Kräfte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 665

Welche wichtigen Eigenschaften haben subatomare Teilchen?. . . . . . . . . . . . . . . . . . 666

Welche elementaren Bausteine der Materie gibt es? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 667

Welche fundamentalen Kräfte gibt es in der Natur?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 669

S4.3 Unschärfe und Verbote im Bereich der Quanten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 671

Was besagt die Unschärferelation? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 673

Was besagt das Ausschlussprinzip? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 676

S4.4 Wichtige Quanteneffekte in der Astronomie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 678

Welchen Einfl uss haben Teilchen effekte auf besondere Sternarten?. . . . . . . . . . . . . . 678

Weshalb ist das Tunneln von Teilchen für das Leben auf der Erde so wichtig? . . . . . 681

Wie leer ist der leere Raum? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 682

Leben Schwarze Löcher ewig? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 683

Überblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 685

Zusammenfassung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 685

Aufgaben und Übungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 687

Weitere Medien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 691

Kapitel 14 Unser Stern – die Sonne 694

Lernziele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 695

14.1 Ein genauerer Blick auf die Sonne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 696

Warum war die Energiequelle der Sonne solch ein großes Rätsel? . . . . . . . . . . . . . . . 696

Warum scheint die Sonne? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 697

xv


xvi

Inhaltsverzeichnis

Wie ist die Sonne aufgebaut?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 699

14.2 Der kosmische Schmelztiegel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 701

Wie läuft die Kernfusion in der Sonne ab? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 702

Wie kommt die Fusionsenergie aus der Sonne heraus? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 706

Woher kennen wir die Abläufe in der Sonne? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 709

14.3 Die Verbindung zwischen Sonne und Erde . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 712

Was ist die Ursache der Sonnen aktivität?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 712

Wie beeinfl usst die Sonnenaktivität das menschliche Leben? . . . . . . . . . . . . . . . . . . 716

Wie verändert sich die Sonnenaktivität mit der Zeit? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 717

Überblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 721

Zusammenfassung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 721

Aufgaben und Übungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 723

Weitere Medien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 727

Kapitel 15 Ein genauer Blick auf die Sterne 728

Lernziele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 729

15.1 Eigenschaften der Sterne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 730

Wie messen wir die Leuchtkraft von Sternen? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 730

Wie messen wir die Temperatur von Sternen? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 737

Wie messen wir die Masse von Sternen? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 741

15.2 Systematik von Sternen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 745

Was ist ein Hertzsprung-Russell-Diagramm? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 745

Welche Bedeutung hat die Hauptreihe?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 748

Was sind Riesen, Überriesen und Weiße Zwerge? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 751

Warum verändern sich die Eigenschaften mancher Sterne? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 752

15.3 Sternhaufen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 753

Welche zwei Arten von Sternhaufen gibt es? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 753

Wie messen wir das Alter von Sternhaufen? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 754

Überblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 756

Zusammenfassung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 756

Aufgaben und Übungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 758

Weitere Medien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 762

Kapitel 16 Sternentstehung 764

Lernziele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 765

16.1 Die Geburtsorte der Sterne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 766

Wo entstehen die Sterne? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 766

Warum entstehen Sterne? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 770

16.2 Stadien der Sternentstehung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 777

Wodurch wird die Kontraktion einer Wolke, in der ein Stern entsteht, gebremst? . . 777

Welche Rolle spielt die Rotation bei der Sternentstehung? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 778

Wie setzt in einem neu entstandenen Stern die Kernfusion ein? . . . . . . . . . . . . . . . . 780

16.3 Massen neu entstandener Sterne. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 783

Welche Minimalmasse kann ein neu entstandener Stern haben? . . . . . . . . . . . . . . . . 783

Welche Maximalmasse kann ein neu entstandener Stern haben? . . . . . . . . . . . . . . . . 785

Welche Massen haben neu entstandene Sterne üblicherweise? . . . . . . . . . . . . . . . . . 786


Inhaltsverzeichnis

Überblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 787

Zusammenfassung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 787

Aufgaben und Übungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 789

Weitere Medien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 793

Kapitel 17 Sternenstaub 794

Lernziele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 795

17.1 Entwicklung im Gleichgewicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 796

Wie beeinfl usst die Masse eines Sterns seine Kernfusion? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 796

17.2 Die Entwicklung eines massearmen Sterns . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 798

Welche Entwicklungsstadien durchläuft ein massearmer Stern? . . . . . . . . . . . . . . . . . 798

Wie stirbt ein massearmer Stern? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 803

17.3 Die Entwicklung eines massereichen Sterns . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 806

Welche Entwicklungsstadien durchläuft ein massereicher Stern? . . . . . . . . . . . . . . . . 807

Wie erzeugen massereiche Sterne die für das Leben notwendigen Elemente? . . . . . . 809

Wie stirbt ein massereicher Stern? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 812

17.4 Die Rolle von Masse und Massenaustausch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 816

Wie bestimmt die Masse eines Sterns seine Entwicklungsgeschichte?. . . . . . . . . . . . 816

Wie unterscheidet sich das Leben von Sternen mit engen Begleitern

von dem alleinstehender Sterne? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 817

Überblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 820

Zusammenfassung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 820

Aufgaben und Übungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 822

Weitere Medien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 824

Kapitel 18 Der Friedhof der Sterne 826

Lernziele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 827

18.1 Weiße Zwerge. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 828

Was ist ein Weißer Zwerg?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 828

Was geschieht mit einem Weißen Zwerg in einem engen Doppelsternsystem? . . . . . . 830

18.2 Neutronensterne. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 833

Was ist ein Neutronenstern? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 833

Wie wurden Neutronensterne entdeckt? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 835

Was geschieht mit einem Neutronenstern in einem engen Doppelsternsystem? . . . . 837

18.3 Schwarze Löcher: Der endgültige Sieg der Schwerkraft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 838

Was ist ein Schwarzes Loch?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 839

Wie wäre es, wenn wir ein Schwarzes Loch besuchen könnten? . . . . . . . . . . . . . . . . 841

Gibt es Schwarze Löcher wirklich?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 844

18.4 Der Ursprung der Gammabursts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 847

Woher kommen Gammabursts?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 847

Was verursacht Gammabursts? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 848

Überblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 850

Zusammenfassung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 850

Aufgaben und Übungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 852

Weitere Medien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 857

xvii


xviii

Inhaltsverzeichnis

Kapitel 19 Unsere Galaxis, die Milchstraße 860

Lernziele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 861

19.1 Der Blick auf die Milchstraße . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 862

Wie sieht unsere Galaxis aus? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 862

Wie bewegen sich die Sterne in unserer Galaxis? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 864

19.2 Galaktisches Recycling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 868

Wie wird Gas in unserer Galaxis recycelt? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 869

Wo bilden sich üblicherweise Sterne in unserer Galaxis? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 877

19.3 Die Geschichte unserer Milchstraße . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 881

Welche Hinweise auf die Geschichte der Galaxis bieten die Sterne des Halos?. . . . . 881

Wie ist unsere Galaxis entstanden?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 882

19.4 Das geheimnisvolle galaktische Zentrum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 884

Was befi ndet sich im Zentrum unserer Galaxis? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 885

Überblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 887

Zusammenfassung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 887

Aufgaben und Übungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 888

Weitere Medien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 892

Kapitel 20 Galaxien und die Grundlagen der

modernen Kosmologie 894

Lernziele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 895

20.1 Sterneninseln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 896

Wie hängt die Galaxienentwicklung mit der Geschichte des Universums

zusammen?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 896

Welche drei Arten von Galaxien gibt es? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 898

Welche Gruppen bilden Galaxien? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 902

20.2 Messung der Galaxienentfernung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 902

Wie messen wir die Entfernung von Galaxien? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 903

20.3 Das Hubble’sche Gesetz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 908

Wie konnte Hubble beweisen, dass Galaxien weit außerhalb der Milchstraße

liegen?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 908

Was ist das Hubble’sche Gesetz? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 911

Was sagen Entfernungsmessungen über das Alter des Universums aus? . . . . . . . . . . 914

Wie beeinfl usst die Expansion des Universums unsere Entfernungsmessungen? . . . 917

Überblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 920

Zusammenfassung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 920

Aufgaben und Übungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 922

Weitere Medien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 926

Kapitel 21 Galaxienentwicklung 928

Lernziele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 929

21.1 Der Blick zurück durch die Zeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 930

Wie können wir die Entwicklungsgeschichten von Galaxien beobachten? . . . . . . . . 930

Wie sind Galaxien entstanden? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 932

21.2 Die Entwicklung von Galaxien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 933

Warum unterscheiden sich Galaxien voneinander?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 933

Was sind Starbursts? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 938


Inhaltsverzeichnis

21.3 Quasare und andere aktive galaktische Kerne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 940

Was sind Quasare? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 941

Welche Energiequelle haben Quasare und andere aktive galaktische Kerne?. . . . . . . 945

Gibt es supermassereiche Schwarze Löcher wirklich? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 947

Wie können wir mittels Quasaren das Gas zwischen den Galaxien beobachten? . . . 950

Überblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 952

Zusammenfassung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 952

Aufgaben und Übungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 953

Weitere Medien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 957

Kapitel 22 Dunkle Materie, Dunkle Energie und das Schicksal

des Universums 958

Lernziele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 959

22.1 Unsichtbare Einfl üsse im Kosmos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 960

Was verstehen wir unter Dunkler Materie und Dunkler Energie? . . . . . . . . . . . . . . . . 961

22.2 Hinweise auf die Dunkle Materie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 962

Welche Hinweise gibt es auf Dunkle Materie in Galaxien? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 962

Welche Hinweise auf Dunkle Materie gibt es in Galaxienhaufen? . . . . . . . . . . . . . . . 966

Gibt es Dunkle Materie wirklich? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 971

Woraus könnte die Dunkle Materie bestehen? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 973

22.3 Die Entstehung von Strukturen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 975

Welche Rolle spielt die Dunkle Materie bei der Galaxienentstehung? . . . . . . . . . . . . 975

Wie sehen die größten Strukturen im Universum aus? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 977

22.4 Das Schicksal des Universums . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 980

Wird die Expansion des Universums ewig weitergehen? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 980

Beschleunigt sich die Expansion des Universums? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 981

Überblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 985

Zusammenfassung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 988

Aufgaben und Übungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 989

Weitere Medien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 992

Kapitel 23 Der Anbeginn der Zeit 994

Lernziele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 995

23.1 Der Urknall. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 996

Welche Bedingungen herrschten im frühen Universum? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 996

Wie verlief der Urknalltheorie zufolge die Geschichte des Universums? . . . . . . . . . . 999

23.2 Belege für den Urknall. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1006

Wie beobachten wir die vom Urknall zurückgebliebene Strahlung?. . . . . . . . . . . . . . 1006

Wie belegen die Elementhäufi gkeiten die Urknalltheorie? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1010

23.3 Der Urknall und die Infl ation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1013

Welche Eigenschaften des Universums konnte die Urknalltheorie ursprünglich

nicht erklären? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1013

Wie erklärt die Infl ation diese Eigenschaften des Universums? . . . . . . . . . . . . . . . . . 1013

Wie können wir die Infl ation überprüfen? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1017

23.4 Den Urknall selbst beobachten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1019

Warum ist die Schwärze des Nachthimmels ein Beleg für den Urknall? . . . . . . . . . . 1019

xix


xx

Inhaltsverzeichnis

Überblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1022

Zusammenfassung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1022

Aufgaben und Übungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1024

Weitere Medien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1029

Kapitel 24 Leben im Universum 1032

Lernziele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1033

24.1 Leben auf der Erde . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1034

Wann entstand das Leben auf der Erde? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1035

Wie entstand das Leben auf der Erde? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1038

Was sind die Grundvoraussetzungen des Lebens? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1044

24.2 Leben im Sonnensystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1045

Gibt es Leben auf dem Mars?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1045

Gibt es Leben auf Europa oder anderen Jupitermonden?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1048

24.3 Leben bei anderen Sternen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1049

Wie wahrscheinlich sind bewohnbare Planeten? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1049

Sind erdähnliche Planeten eher selten oder häufi g? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1051

24.4 Die Suche nach außerirdischer Intelligenz. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1054

Wie viele Zivilisationen gibt es da draußen? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1054

Wie funktioniert SETI? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1058

24.5 Interstellare Flüge und ihre Auswirkungen auf die Zivilisation . . . . . . . . . . . . . . . . . 1059

Wie schwierig sind interstellare Flüge? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1059

Wo stecken die Außerirdischen?. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1062

Überblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1065

Zusammenfassung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1065

Aufgaben und Übungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1067

Weitere Medien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1071

Anhang 1075

A Häufi g benötigte Konstanten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1076

B Nützliche Formeln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1077

C Ein wenig Mathematik. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1078

D Das Periodensystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1085

E Planetendaten. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1086

F Sterndaten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1092

G Galaxiendaten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1094

H Ausgewählte astronomische Websites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1098

I Sternbildnamen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1101

J Sternkarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1103

K Piktogramme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1108

L Glossar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1110

M Index. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1135

N Abbildungsnachweis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1159

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